PRZYK ADOWY ROZDZIA Wydawnictwo Helion ul. Chopina 6 44-100 Gliwice tel. (32)230-98-63 e-mail: helion@helion.pl IDZ DO KATALOG KSI EK ZAMÓW DRUKOWANY KATALOG TWÓJ KOSZYK CENNIK I INFORMACJE ZAMÓW INFORMACJE ONOWOŒCIACH ZAMÓW CENNIK CZYTELNIA SPIS TREŒCI KATALOG ONLINE DODAJ DO KOSZYKA FRAGMENTY KSI EK ONLINE bash. Wprowadzenie Autorzy: Cameron Newham, Bill Rosenblatt T³umaczenie: Daniel Kaczmarek (przedmowa, rozdz. 1 8, 10 12), Ma³gorzata Czart (rozdz. 9, dod. A D) ISBN: 83-246-0047-7 Tytu³ orygina³u: Learning the Bash Shell: 3rd Edition Format: B5, stron: 344 Kompletny przewodnik po programowaniu pow³oki Uniksa Konfigurowanie œrodowiska tekstowego Tworzenie skryptów pow³oki Administrowanie pow³ok¹ bash Pow³oka to pierwszy element systemów uniksowych, z którym spotykaj¹ siê u ytkownicy. Pod nazw¹ pow³oka kryje siê tekstowy interfejs u ytkownika przez d³ugi czas jedyny sposób komunikacji z systemem. Pow³oki to samodzielne narzêdzia, odseparowane od w³aœciwego systemu. Z tego w³aœnie powodu dostêpne s¹ ró ne ich wersje. Dziœ, mimo rozpowszechnienia œrodowisk graficznych, pow³oki nadal s¹ wykorzystywane. Dziêki nim mo na w prosty sposób zrealizowaæ zadania zwi¹zane z przetwarzaniem plików tekstowych i zawartych w nich danych. Znajomoœæ zagadnieñ zwi¹zanych z programowaniem pow³oki, szczególnie tej najpopularniejszej bash, mo e przydaæ siê ka demu administratorowi Linuksa. bash. Wprowadzenie to ksi¹ ka przedstawiaj¹ca tajniki najnowszej wersji pow³oki bash (Bourne Again Shell). Przeznaczona jest zarówno dla tych u ytkowników systemów uniksowych, którzy wykorzystuj¹ pow³okê w charakterze interfejsu u ytkownika, jak i dla tych, którzy stosuj¹ j¹ w roli narzêdzia programistycznego. Niniejsza pozycja opisuje sposób instalowania i konfigurowania pow³oki bash, jej zaawansowane mechanizmy, takie jak historia poleceñ oraz zagadnienia zwi¹zane z tworzeniem skryptów pow³oki. Zawiera informacje dotycz¹ce pisania programów oraz usuwania z nich b³êdów. Administratorzy systemów znajd¹ tu cenne porady zwi¹zane z zarz¹dzaniem pow³ok¹ bash na potrzeby u ytkowników systemów. Podstawy pracy z pow³ok¹ bash Edytory emacs i vi Dostosowywanie œrodowiska do w³asnych potrzeb Definiowanie zmiennych pow³oki Wyra enia warunkowe Operacje wejœcia i wyjœcia Sterowanie dzia³aniem procesów Usuwanie b³êdów ze skryptów Administrowanie pow³ok¹ bash Ka dy u ytkownik Linuksa oraz innych systemów z rodziny Unix znajdzie tu bardzo wartoœciowe informacje.
Spis treści Przedmowa... 7 1. Podstawy powłoki bash...15 Czym jest powłoka? 16 Zakres książki 16 Historia powłok Uniksa 17 Uaktywnianie powłoki bash 19 Interaktywna praca z powłoką 20 Pliki 21 Operacje wejścia-wyjścia 28 Zadania drugoplanowe 31 Znaki specjalne i używanie cudzysłowów 34 Pomoc 40 2. Edytowanie w wierszu poleceń... 41 Włączanie edycji w wierszu poleceń 42 Historia poleceń 42 Tryb edycji emacs 43 Tryb edycji vi 50 Polecenie fc 59 Uzupełnianie historią 62 readline 63 Praca z klawiaturą 67 3. Dostosowywanie środowiska... 69 Pliki.bash_profile,.bash_logout i.bashrc 70 Aliasy 71 Opcje 74 Zmienne powłoki 76 Dostosowywanie i podprocesy 88 Wskazówki co do dostosowywania środowiska 93 3
4. Podstawy programowania powłoki... 95 Skrypty i funkcje powłoki 95 Zmienne powłoki 99 Operatory ciągów znaków 104 Zastępowanie poleceniem 114 Przykłady zaawansowane: pushd i popd 118 5. Sterowanie przebiegiem...123 if/else 124 for 137 case 143 select 146 while i until 149 6. Opcje poleceń i zmienne o określonym typie... 151 Opcje poleceń 151 Zmienne o określonym typie 159 Zmienne całkowitoliczbowe i działania arytmetyczne 160 Tablice 170 7. Operacje wejścia-wyjścia i przetwarzanie wiersza poleceń...175 Przekierowania wejścia-wyjścia 175 Operacje wejścia-wyjścia na ciągach znaków 181 Przetwarzanie wiersza poleceń 192 8. Obsługa procesów... 209 Identyfikatory procesów i numery zadań 210 Kontrola zadań 210 Sygnały 214 trap 220 Procesy równoległe 225 Podpowłoki 229 Zastępowanie procesem 231 9. Debugowanie skryptów powłoki... 233 Podstawowe narzędzia wspomagające debugowanie 233 Debuger dla powłoki bash 241 10. Administrowanie powłoką bash... 259 Instalowanie powłoki bash jako powłoki standardowej 259 Dostosowywanie środowiska 261 Mechanizmy zabezpieczania systemu 266 4 Spis treści
11. Pisanie skryptów powłoki... 269 Jak to działa? 269 Początek tworzenia skryptu 271 Potencjalne problemy 273 Kiedy nie używać powłoki bash 274 12. Uruchamianie powłoki bash w systemie... 275 Pobieranie powłoki bash 275 Rozpakowywanie archiwum 275 Zawartość archiwum 276 Do kogo się zwrócić? 281 A Powłoki podobne... 283 Powłoka Bourne a 283 Standard powłoki 1003.2 POSIX 285 Powłoka Korn 287 pdksh 289 zsh 289 Klony powłoki i platformy podobne do Uniksa 290 B Listy sumaryczne... 293 Uruchamianie 293 Możliwe modyfikacje znaku zachęty 295 Wbudowane polecenia i słowa zastrzeżone 296 Wbudowane zmienne powłoki 298 Operatory testowe 302 Opcje polecenia set 303 Opcje polecenia shopt 305 Przekierowanie wejścia-wyjścia 306 Polecenia edycji trybu emacs 308 Polecenia trybu kontrolnego vi 310 C Ładowalne funkcje wbudowane...313 D Programowalne uzupełnianie...319 Skorowidz... 325 Spis treści 5
ROZDZIAŁ 1. Podstawy powłoki bash Popularność systemu Unix stale wzrasta od chwili jego powstania, to jest od wczesnych lat 70. W tym czasie powstało wiele różnych wersji systemu, noszących takie nazwy jak Ultrix, AIX, Xenix, Unos i Linux. Początkowo Unix był wykorzystywany na minikomputerach i komputerach mainframe, jednak z czasem zaczęto go instalować również na biurkowych stacjach roboczych, a nawet na komputerach osobistych wykorzystywanych w domu i w pracy. Unix nie jest już użytkowany jedynie przez komputerowych zapaleńców na uniwersytetach i w centrach naukowych. Jest także wykorzystywany w biznesie, szkołach i w domach. Z biegiem czasu coraz więcej osób będzie miało styczność z Uniksem. Czytelnik mógł już używać systemu Unix w szkole, biurze albo w domu do uruchamiania aplikacji, drukowania dokumentów i odczytywania poczty elektronicznej. Mało kto jednak zastanawia się nad mechanizmami uruchamianymi po wpisaniu polecenia i naciśnięciu klawisza RETURN. Po wpisaniu polecenia przetwarzanie odbywa się w różnych warstwach systemu, jednak w niniejszej książce zajmiemy się tylko warstwą najwyższego poziomu, którą jest powłoka. Ogólnie mówiąc, powłoka to dowolny interfejs użytkownika do systemu operacyjnego Unix, czyli każdy program, który pobiera dane wejściowe od użytkownika, tłumaczy je na instrukcje zrozumiałe dla systemu operacyjnego, a także przekazuje użytkownikowi dane wyjściowe wygenerowane przez system operacyjny. Na rysunku 1.1 przedstawiono relacje między użytkownikiem, powłoką i systemem operacyjnym. Rysunek 1.1. Powłoka jest warstwą otaczającą system operacyjny Unix 15
Istnieje szereg różnych typów interfejsów użytkownika. Powłoka bash należy do najbardziej popularnej kategorii: znakowych interfejsów użytkownika. Tego typu interfejsy przyjmują tekstowe wiersze poleceń wpisywanych przez użytkownika i zwykle generują dane wyjściowe również w postaci tekstowej. Do innych kategorii zalicza się coraz bardziej popularne graficzne interfejsy użytkownika (GUI), które pozwalają na wyświetlanie określonych elementów graficznych (a nie tylko graficznego obrazu liter) i przyjmują dane wejściowe generowane przez mysz lub inne urządzenia wskazujące, interfejsy w postaci ekranów dotykowych (obecne na przykład w niektórych rodzajach bankomatów) itp. Czym jest powłoka? Zadaniem powłoki jest tłumaczenie wierszy poleceń użytkownika na instrukcje systemu operacyjnego. Spójrzmy na poniższe polecenie: sort -n lista > lista.posortowana Polecenie to oznacza: Posortuj w porządku liczbowym wiersze znajdujące się w pliku lista i umieść wyniki w pliku o nazwie lista.posortowana. Oto czynności wykonywane przez powłokę w odpowiedzi na to polecenie: 1. Podział wiersza na następujące fragmenty: sort, -n, lista, > i lista.posortowana. Fragmenty te to tak zwane słowa. 2. Ustalenie znaczenia poszczególnych słów: sort jest poleceniem, -n i lista to argumenty, a > i lista.posortowana złączone razem stanowią instrukcję wejścia-wyjścia. 3. Ustawienie wejścia-wyjścia zgodnie z zapisem > lista.posortowana (przesłanie wyników do pliku lista.posortowana) oraz kilka wewnętrznych, standardowych kroków. 4. Odnalezienie pliku z poleceniem sort i jego uruchomienie z opcją -n (porządek liczbowy) oraz argumentem lista (nazwa pliku wejściowego). Oczywiście, każdy z tych kroków składa się z kilku pomniejszych czynności, a każda z nich zawiera konkretną instrukcję systemu operacyjnego. Należy pamiętać, że sama powłoka nie jest systemem Unix jest to jedynie interfejs do systemu. Unix jest jednym z pierwszych systemów operacyjnych, w których interfejs użytkownika jest całkowicie niezależny od samego systemu. Zakres książki W niniejszej książce została opisana powłoka bash, będąca jedną z najnowszych i najbogatszych spośród najpopularniejszych powłok Uniksa. Powłoki bash można używać na dwa sposoby: jako interfejsu użytkownika oraz jako środowiska programistycznego. Ten i następny rozdział dotyczą interaktywnej pracy z powłoką. Informacje zawarte w obydwu rozdziałach powinny dać wystarczającą podstawę do sprawnego i wydajnego używania powłoki w zakresie najczęściej wykonywanych zadań. Używanie powłoki niewątpliwie pozwoli na zidentyfikowanie niektórych charakterystycznych cech środowiska, które warto będzie dostosować, oraz zadań, które można zautomatyzować. Kilka sposobów osiągnięcia tych celów zostanie przedstawionych w rozdziale 3. 16 Rozdział 1. Podstawy powłoki bash
Rozdział 3. wprowadza również do zagadnień związanych z programowaniem powłoki, które szczegółowo przedstawiane są w rozdziałach od 4. do 6. Zrozumienie prezentowanych zagadnień i nauczenie się programowania powłoki nie wymaga żadnego doświadczenia programistycznego. W rozdziałach 7. i 8. znajdują się szczegółowe informacje na temat operacji wejścia- -wyjścia powłoki oraz mechanizmów obsługi procesów, natomiast w rozdziale 9. opisywane są różne techniki debugowania programów powłoki. Z niniejszej książki można dowiedzieć się bardzo wiele na temat powłoki bash, a także na temat narzędzi Uniksa oraz sposobu, w jaki ten system działa. Można nawet zostać doskonałym programistą powłoki i to bez żadnego wcześniejszego doświadczenia programistycznego. Jednocześnie staraliśmy się zanadto nie zagłębiać w szczegóły wewnętrznych mechanizmów Uniksa. Stoimy bowiem na stanowisku, że wcale nie trzeba szczegółowo znać wewnętrznych mechanizmów systemu, by móc efektywnie używać jego powłoki i programować ją. Pominięte zostanie zatem kilka funkcji powłoki, które przeznaczone są wyłącznie dla programistów korzystających z niskopoziomowych mechanizmów systemu. Historia powłok Uniksa Niezależność powłoki od systemu operacyjnego spowodowała, że na przestrzeni lat powstało wiele różnych powłok Uniksa. Jednak tylko kilka z nich jest powszechnie używanych. Pierwszą ważną powłoką była powłoka Bourne (nazwana tak od nazwiska jej twórcy, Stevena Bourne a), dołączona do pierwszej ogólnodostępnej wersji Uniksa, wersji 7, w 1979 roku. W systemie powłoka Bourne nosi oznaczenie sh. Sam Unix przeszedł wiele zmian, lecz powłoka Bourne wciąż cieszy się popularnością i zasadniczo się nie zmienia. Korzystają z niej różne narzędzia i mechanizmy administracyjne Uniksa. Następną powszechnie używaną powłoką była powłoka C, czyli csh, którą napisał Bill Joy z Uniwersytetu Kalifornia w Berkeley. Stanowiła ona część Berkeley Software Distribution (BSD) wersji systemu Unix opublikowanej kilka lat po pojawieniu się wersji 7. Powłoka C zawdzięcza swą nazwę podobieństwu udostępnianych poleceń do instrukcji języka programowania C, co bardzo ułatwia jej poznanie programistom korzystającym z systemu Unix. Powłoka ta obsługuje szereg funkcji (na przykład sterowanie zadaniami więcej na ten temat w rozdziale 8.) charakterystycznych wówczas tylko dla systemu BSD Unix, które jednak są teraz obecne w większości bieżących wersji Uniksa. Posiada także kilka istotnych właściwości (takich jak aliasy więcej na ten temat w rozdziale 3.) ułatwiających jej stosowanie. W ostatnich latach popularność zdobyło kilka innych powłok. Najważniejszą z nich jest powłoka Korn. Jest to produkt komercyjny, łączący w sobie najlepsze cechy powłok Bourne oraz C i zawierający wiele rozwiązań autorskich 1. Powłoka Korn w wielu aspektach przypomina powłokę bash na przykład obydwie oferują cały zbiór możliwości ułatwiających pracę z nimi. Powłoka bash jest jednak rozprowadzana na licencji GPL (General Public License). Więcej informacji na temat powłoki Korn znajduje się w dodatku A). 1 Powłokę Korn można pobrać za darmo, lecz warunki licencji wymagają uiszczenia zapłaty w przypadku wykorzystywania jej w pewnych sytuacjach. Historia powłok Uniksa 17
Powłoka Bourne Again Powłoka Bourne Again (nazwana tak dla upamiętnienia powłoki Steve a Bourne a) została stworzona dla celów projektu GNU 2. Projekt GNU został zainicjowany przez Richarda Stallmana z fundacji Free Software Foundation (FSF), a jego celem jest utworzenie systemu operacyjnego zgodnego z Uniksem i zastępowanie wszystkich komercyjnych narzędzi Uniksa ich otwartymi odpowiednikami. Projekt GNU to jednak nie tylko nowe programy narzędziowe, ale również nowy sposób dystrybucji, tzw. copyleft. Oprogramowanie dystrybuowane na zasadzie copyleft może być udostępniane bez ograniczeń, jeśli tylko nie są nakładane żadne ograniczenia co do jego dalszego rozprowadzania (na przykład kod źródłowy musi być ogólnodostępny). Powłoka bash, która została pomyślana jako standardowa powłoka systemu GNU, ujrzała światło dzienne w niedzielę 10 stycznia 1988 roku. Brian Fox napisał pierwotną wersję powłoki bash i interfejsu readline, po czym rozbudowywał powłokę aż do roku 1993. Na początku 1989 roku dołączył do niego Chet Ramey, którego zadaniem było usunięcie błędów występujących wówczas w powłoce i dołączenie wielu nowych użytecznych udogodnień. Obecnie Chet Ramey jest oficjalnie odpowiedzialny za utrzymanie powłoki bash i jej dalszą rozbudowę. Zgodnie z zasadami GNU wszystkie wersje powłoki bash od wersji 0.99 wzwyż są udostępniane za darmo przez FSF. Powłoka bash znalazła się we wszystkich ważniejszych odmianach Uniksa i obecnie szybko staje się najpopularniejszą powłoką wywodzącą się od powłoki Bourne. Jednocześnie jest to standardowa powłoka dołączana do Linuksa szeroko wykorzystywanego darmowego systemu operacyjnego z rodziny Unix oraz do systemu Mac OS X firmy Apple. W 1995 roku Chet Ramey rozpoczął pracę nad nową wersją główną, 2.0, która została opublikowana po raz pierwszy 23 grudnia 1996 roku. W powłoce bash 2.0 znalazł się cały szereg funkcji nieobecnych we wcześniejszej wersji (oznaczonej numerem 1.14.7), zwiększył się także zakres jej zgodności z różnymi standardami. Powłoka bash 3.0 stanowi dalsze ulepszenie poprzednich wersji i dalej rozszerza zakres dostępnych możliwości i zgodność ze standardami. Niniejsza książka opisuje powłokę bash 3.0 i jest zgodna również z wszystkimi wcześniejszymi wersjami. W tekście zostaną wskazane wszystkie mechanizmy obecne w bieżącej wersji, które różnią się od mechanizmów we wcześniejszych wersjach lub w ogóle nie są w nich dostępne. Cechy powłoki Wprawdzie to powłoka Bourne wciąż określana jest mianem standardowej, lecz bash zdobywa coraz większą popularność. Oprócz zgodności z powłoką Bourne bash oferuje najlepsze rozwiązania zastosowane w powłokach C i Korn, a także kilka rozwiązań charakterystycznych tylko dla niej. Cechą, która najbardziej przekonuje użytkowników do powłoki bash, są tryby edycji w wierszu poleceń. Dzięki możliwości edycji w wierszu poleceń znacznie łatwiej jest się cofnąć i poprawić popełnione błędy albo zmodyfikować polecenia wpisane wcześniej, niż ma to miejsce w przypadku mechanizmu historii powłoki C. Z kolei powłoka Bourne w ogóle nie pozwala na wykonywanie takich działań. 2 GNU to rekurencyjny akronim wyrażenia GNU s Not Unix. 18 Rozdział 1. Podstawy powłoki bash
Kolejną ważną funkcją powłoki bash, opracowaną głównie z myślą o użytkownikach interaktywnych, jest sterowanie zadaniami. Jak zostanie wyjaśnione w rozdziale 8., sterowanie zadaniami pozwala na zatrzymywanie, uruchamianie i wstrzymywanie większej liczby poleceń w tym samym czasie. Właściwość ta została niemal bez zmian zapożyczona z powłoki C. Pozostałe najważniejsze zalety powłoki bash dotyczą przede wszystkim osób przywiązujących wagę do możliwości jej dostosowywania oraz programistów. Powłoka ta udostępnia wiele nowych opcji i zmiennych dostosowujących, a zawarte w niej mechanizmy programistyczne zostały znacznie rozszerzone, między innymi o definiowanie funkcji, dodatkowe struktury sterujące, arytmetykę całkowitoliczbową i zaawansowane sterowanie wejściem-wyjściem. Uaktywnianie powłoki bash Być może czytelnik ma od razu możliwość korzystania z powłoki bash. Administrator systemu zwykle konfiguruje konto użytkownika w taki sposób, że udostępnia ono powłokę mającą w systemie status standardowej. Użytkownik może nawet nie zdawać sobie sprawy, że dostępna jest więcej niż jedna powłoka. Na szczęście bardzo łatwo można ustalić, jaka powłoka jest aktualnie używana. W tym celu należy zalogować się do systemu i w wierszu poleceń wpisać polecenie echo $SHELL. W odpowiedzi wyświetlona zostanie odpowiedź sh, csh, ksh lub bash, oznaczająca odpowiednio powłoki Bourne, C, Korn i bash. (Może się także okazać, że używana jest jeszcze inna powłoka, na przykład tcsh). Jeżeli powłoka bash nie jest dostępna, wówczas w celu jej uaktywnienia trzeba najpierw sprawdzić, czy w ogóle jest obecna w systemie. W tym celu wystarczy wpisać bash. Jeżeli znak zachęty zmieni się i przyjmie postać jakiejś informacji zakończonej znakiem dolara (na przykład bash3 $), będzie to oznaczać, że wszystko jest w porządku. Wystarczy wtedy wpisać polecenie exit, aby wrócić do zwykłej powłoki. Jeśli natomiast wyświetlony zostanie komunikat not found, może to oznaczać, że powłoka nie występuje w systemie. Wtedy trzeba się zwrócić do administratora systemu albo innego doświadczonego użytkownika. Istnieje jeszcze szansa, że jakaś wersja powłoki bash jest zainstalowana w takim miejscu w systemie (katalogu), które nie jest dostępne dla bieżącego użytkownika. Jeśli nie, należy przejść do rozdziału 11. i sprawdzić, w jaki sposób można pobrać powłokę bash. Gdy będzie już pewne, że powłoka bash jest dostępna w systemie, można ją wywołać z poziomu dowolnej innej powłoki, tak jak poprzednio wpisując polecenie bash. Znacznie lepiej jednak jest zainstalować ją jako powłokę logowania, to znaczy jako powłokę udostępnianą automatycznie w momencie zalogowania się. W tym celu może być konieczne samodzielne przeprowadzenie instalacji. Poniżej znajdują się instrukcje, które powinny okazać się skuteczne w niemal wszystkich systemach Unix. Jeżeli coś pójdzie nie tak (na przykład po wpisaniu jakiegoś polecenia w odpowiedzi pojawi się komunikat błędu not found lub pusty wiersz), trzeba będzie przerwać proces i zwrócić się do administratora systemu. Można też zajrzeć do rozdziału 12., w którym prezentowany jest nieco bardziej skomplikowany sposób zastępowania bieżącej powłoki. Uaktywnianie powłoki bash 19
Najpierw trzeba ustalić, gdzie w systemie znajduje się powłoka, to znaczy w którym katalogu ją zainstalowano. W znalezieniu odpowiedniej lokalizacji pomocne może okazać się polecenie whereis bash (dotyczy to zwłaszcza powłoki C); jeśli jednak to rozwiązanie się nie sprawdzi, można wypróbować polecenia whence bash, which bash albo wpisać bardziej złożone polecenie 3 : grep bash /etc/passwd awk -F: '{print $7}' sort -u Zwrócona odpowiedź powinna mieć postać taką jak /bin/bash albo /usr/local/bin/bash. Aby ustawić powłokę bash jako powłokę logowania, należy wpisać polecenie chsh nazwa_ powłoki, gdzie nazwa_powłoki powinna zostać zastąpiona odpowiedzią wygenerowaną przez polecenie whereis (albo inne, które okazało się skuteczne). Na przykład: % chsh /usr/local/bin/bash W odpowiedzi zwrócony zostanie komunikat o błędzie informujący, że powłoka jest nieprawidłowa, albo użytkownik zostanie poproszony o podanie hasła 4. Należy wówczas wpisać hasło, po czym wylogować się i zalogować ponownie, by móc zacząć korzystać z bash. Interaktywna praca z powłoką Interaktywna praca z powłoką odbywa się w trakcie sesji logowania, rozpoczynającej się w chwili zalogowania i kończącej w momencie wpisania polecenia exit lub logout albo naciśnięcia CTRL+D 5. W trakcie sesji logowania wpisuje się wiersze poleceń przeznaczonych dla powłoki. Są to wiersze tekstu zakończone naciśnięciem klawisza RETURN, wpisywane na terminalu lub stacji roboczej. Domyślnie symbol zachęty prezentowany przez powłokę dla kolejnych poleceń ma postać informacji zakończonej znakiem dolara. Jak się jednak przekonamy w trakcie lektury rozdziału 3., cały symbol zachęty można zmienić. Polecenia, argumenty i opcje Wiersze poleceń powłoki składają się z jednego lub więcej słów oddzielonych spacjami lub znakami tabulacji. Pierwsze słowo w wierszu to polecenie, a pozostałe (jeżeli występują) stanowią argumenty (nazywane również parametrami) tego polecenia, będące nazwami elementów, na które polecenie ma działać. Na przykład wiersz polecenia lp mójplik składa się z polecenia lp (drukowanie pliku) i pojedynczego argumentu mójplik. Polecenie lp traktuje mójplik jako nazwę pliku, którego zawartość ma być wydrukowana. Często argumentami są właśnie nazwy pliku, jednak nie zawsze. Na przykład w wierszu polecenia mail cam program mail potraktuje argument cam jako nazwę użytkownika, do którego ma zostać wysłany komunikat. 3 Należy się upewnić, że w poleceniu tym zostanie zastosowany odpowiedni apostrof: ' zamiast `. 4 Z uwagi na bezpieczeństwo systemu tylko niektóre programy można instalować jako powłoki logowania. 5 Powłokę można skonfigurować w taki sposób, aby ignorowała pojedyncze naciśnięcie klawiszy CTRL+D, nie kończąc sesji. Zalecamy stosowanie takiego rozwiązania, ponieważ CTRL+D często jest naciskany przypadkowo. Więcej informacji na ten temat znajduje się w rozdziale 3., w punkcie dotyczącym opcji. 20 Rozdział 1. Podstawy powłoki bash
Opcja to specjalny typ argumentu, który stanowi dla polecenia informację, jaka czynność ma zostać wykonana. Opcje zwykle składają się z myślnika i litery. Mówimy zwykle, ponieważ jest to raczej konwencja, a nie reguła, od której nie ma odstępstwa. Polecenie lp -h mójplik zawiera opcję -h, która zakazuje poleceniu lp drukowania strony tytułowej przed wydrukowaniem zawartości pliku. Czasami opcje przyjmują własne argumenty. Na przykład polecenie lp -d lp1 -h mójplik zawiera dwie opcje i jeden argument. Pierwszą opcją jest -d lp1, co oznacza prześlij dane wynikowe do urządzenia lp1. Druga opcja oraz argument są takie same jak w poprzednim przykładzie. Pliki Argumentami poleceń nie zawsze są pliki, lecz to właśnie pliki są najważniejszym elementem każdego systemu Unix. Plik może zawierać dowolny rodzaj informacji, poza tym pliki występują w różnych odmianach. Najważniejsze są następujące trzy rodzaje plików: Zwykłe pliki Nazywane również plikami tekstowymi, ponieważ zawierają czytelne znaki. Na przykład niniejsza książka powstała z kilku zwykłych plików zawierających tekst oraz czytelne dla człowieka instrukcje formatujące, przeznaczone dla edytora tekstu troff. Pliki wykonywalne Nazywane również programami, są wywołane w postaci poleceń. Niektóre z nich są nieczytelne dla człowieka, inne natomiast skrypty powłoki, którymi będziemy zajmować się w dalszej części książki to specjalne pliki tekstowe. Sama powłoka jest nieczytelnym dla człowieka plikiem wykonywalnym o nazwie bash. Katalogi Są one czymś w rodzaju folderów zawierających pliki, w tym również inne katalogi (zwane podkatalogami). Katalogi W niniejszym punkcie zostaną opisane najważniejsze zagadnienia dotyczące katalogów. Katalogi mogą zawierać inne katalogi, co prowadzi do powstania hierarchicznej struktury wszystkich plików systemu Unix, zwanej również drzewem. Na rysunku 1.2 przedstawiono fragment standardowego drzewa katalogów. Prostokąty symbolizują katalogi, a elementy owalne to zwykłe pliki. Szczyt drzewa to katalog główny, root, który nie ma nazwy w systemie 6. Wszystkie pliki można zidentyfikować za pomocą nazwy określającej ich lokalizację względem katalogu głównego. Nazwy takie powstają poprzez wskazanie nazw wszystkich katalogów (kolejno, począwszy od katalogu głównego), oddzielonych od siebie znakiem ukośnika (/), i są zakończone nazwą samego pliku. Tak skonstruowana nazwa to tak zwana pełna (albo bezwzględna) ścieżka dostępu. 6 Większość samouczków Uniksa podaje, że nazwą katalogu root jest /. Pozostaniemy jednak przy naszym stwierdzeniu o braku nazwy, ponieważ jest ono pod względem logicznym bardziej spójne z innymi konwencjami nazywania plików w Uniksie. Pliki 21
Rysunek 1.2. Drzewo katalogów i plików Załóżmy na przykład, że istnieje plik awkc znajdujący się w katalogu książka, ten zaś znajduje się w katalogu cam należącym do katalogu home, z kolei ten znajduje się w katalogu głównym. Pełną ścieżką dostępu do tego pliku będzie zatem /home/cam/książka/awkc. Katalog roboczy Oczywiście, konieczność wskazywania za każdym razem pełnych ścieżek dostępu do pliku byłaby irytująca. Na szczęście istnieje tak zwany katalog roboczy (nazywany czasami katalogiem bieżącym) katalog, w którym jest się w danym momencie. Jeżeli ścieżka dostępu nie będzie rozpoczynać się znakiem ukośnika, wówczas lokalizacja pliku zostanie ustalona względem katalogu roboczego. Tak skonstruowane nazwy to tak zwane względne ścieżki dostępu, wykorzystywane znacznie częściej niż pełne ścieżki dostępu. Po zalogowaniu się do systemu katalogiem roboczym staje się specjalny katalog zwany katalogiem domowym (lub logowania). Administratorzy systemu często konfigurują go w taki sposób, aby nazwa katalogu domowego każdego użytkownika była taka sama jak nazwa tego użytkownika i aby wszystkie katalogi domowe znajdowały się we wspólnym katalogu będącym podkatalogiem katalogu głównego. Na przykład typowym katalogiem domowym jest /home/cam. Jeżeli będzie on jednocześnie katalogiem roboczym i wpisane zostanie polecenie lp notes, wówczas system poszuka pliku notes w katalogu /home/cam. Jeżeli w tym katalogu domowym znajduje się katalog o nazwie kapelusznik zawierający plik o nazwie herbatka, wówczas zawartość pliku można wydrukować poleceniem lp kapelusznik/herbatka. 22 Rozdział 1. Podstawy powłoki bash
Zapis ze znakiem tyldy Nietrudno się domyślić, że katalogi domowe często występują w ścieżkach dostępu. Wprawdzie większość systemów jest tak zorganizowana, aby wszystkie katalogi domowe miały wspólnego rodzica (na przykład /home albo /users), lecz nie można za każdym razem przyjmować takiego założenia ani nawet nie powinna istnieć konieczność wskazywania bezwzględnej ścieżki dostępu do czyjegoś katalogu domowego. Z tego powodu powłoka bash pozwala na stosowanie skrótowej nazwy katalogów domowych w tym celu wystarczy poprzedzić nazwę użytkownika znakiem tyldy (~). Można więc na przykład odwoływać się do pliku książka znajdującego się w katalogu domowym użytkownika o nazwie alicja, stosując zapis ~alicja/książka. Jest to bezwzględna ścieżka dostępu, dlatego nie ma znaczenia rzeczywista nazwa katalogu domowego. Jeżeli katalog domowy użytkownika alicja zawiera podkatalog o nazwie przygoda i to właśnie w nim znajduje się plik, wówczas jako ścieżkę dostępu można podać ~alicja/przygoda/bajka. Jeszcze większą wygodę zapewnia to, że tylda sama odwołuje się do katalogu domowego użytkownika. Do pliku o nazwie notes znajdującego się w katalogu domowym można się odwołać, wpisując ~/notes (zwróćmy uwagę na różnicę między tym zapisem a zapisem ~notes, który zostałby zinterpretowany przez powłokę jako katalog domowy użytkownika o nazwie notes). Jeśli notes znajduje się w podkatalogu przygoda, wówczas można go wywoływać jako ~/przygoda/notes. Zapis taki jest przydatny w sytuacji, gdy katalog roboczy nie znajduje się w drzewie katalogu domowego, to znaczy gdy jest nim na przykład jakiś katalog systemowy, na przykład /tmp. Zmiana katalogów roboczych Aby zmienić katalog roboczy, należy użyć polecenia cd. Jeżeli użytkownik zapomni nazwy aktualnego katalogu roboczego, system wyświetli go po wpisaniu polecenia pwd. Argumentem polecenia cd jest nazwa katalogu, który ma stać się katalogiem roboczym. Może to być katalog względny wobec katalogu bieżącego, może zawierać tyldę albo być określony ścieżką bezwzględną (rozpoczynającą się od znaku ukośnika). Jeżeli argument zostanie pominięty, cd katalogiem roboczym ustanowi katalog domowy (to znaczy jego działanie będzie takie samo jak działanie polecenia cd ~). W tabeli 1.1 przedstawiono przykładowe polecenia cd. W przypadku każdego z nich przyjęto założenie, że katalogiem roboczym jest /home/cam i że struktura katalogu jest taka sama jak na rysunku 1.2. Tabela 1.1. Przykładowe polecenia cd Polecenie cd książka cd książka/krainaczarów cd ~/książka/krainaczarów cd /usr/lib cd.. cd../gryf cd ~gryf Nowy katalog roboczy /home/cam/książka /home/cam/książka/krainaczarów /home/cam/książka/krainaczarów /usr/lib/ /home /home/gryf /home/gryf Pliki 23
Pierwsze cztery polecenia mają prostą konstrukcję. W dalszych dwóch użyto specjalnego katalogu o nazwie.. (dwie kropki), który oznacza rodzica bieżącego katalogu. Istnieje on dla każdego katalogu, a zapis ten jest standardowym sposobem przechodzenia do katalogu znajdującego się w hierarchii katalogów nad katalogiem bieżącym, czyli do tak zwanego katalogu rodzica 7. Kolejną ciekawą odmianą polecenia cd powłoki bash jest cd -, powodujące przejście do katalogu, który był katalogiem bieżącym przed przejściem do obecnego katalogu bieżącego. Na przykład, jeżeli najpierw katalogiem bieżącym będzie /usr/lib, następnie wpisane zostanie polecenie cd bez argumentu, powodujące przejście do katalogu domowego, po czym zostanie wydane polecenie cd -, wówczas użytkownik zostanie przeniesiony z powrotem do katalogu /usr/lib. Rozwijanie symbolami wieloznacznymi nazw plików i ścieżek dostępu Czasami istnieje potrzeba uruchomienia polecenia jednocześnie na więcej niż jednym pliku. Najprostszym przykładem takiego polecenia jest ls, prezentujące listę informacji na temat plików. W najprostszej postaci to znaczy bez opcji i argumentów polecenie to wypisuje nazwy wszystkich plików znajdujących się w katalogu roboczym oprócz specjalnych plików ukrytych, których nazwy zaczynają się znakiem kropki (.). Jeżeli w poleceniu ls podane zostaną argumenty w postaci nazw plików, wówczas zostaną wyświetlone informacje o wskazanych plikach. Takie działanie nie ma jednak większego sensu, jeśli bowiem w katalogu bieżącym znajdują się pliki księżna i królowa i zostanie wpisane polecenie ls księżna królowa, wówczas system po prostu zwróci nazwy tych plików. Tak naprawdę ls stosuje się częściej wraz z opcjami wskazującymi, jakie informacje mają być wyświetlone. Na przykład opcja -l (long) nakazuje poleceniu ls wypisanie właściciela pliku, jego rozmiaru, czasu ostatniej modyfikacji oraz innych informacji, zaś opcja -a (all) powoduje wypisanie również wcześniej wspomnianych plików ukrytych. Czasami jednak trzeba sprawdzić istnienie określonej grupy plików, gdy nie zna się nazw ich wszystkich na przykład, jeśli używany jest edytor tekstu, konieczne może być sprawdzenie, które pliki kończą się literami.txt. Nazwy plików są w Uniksie na tyle istotne, że powłoka udostępnia wbudowany mechanizm pozwalający zdefiniować wzorzec zbioru nazw plików bez konieczności podawania ich konkretnych nazw. W tym celu w nazwach plików stosuje się specjalne znaki, tak zwane symbole wieloznaczne, służące do definiowania wzorców nazw plików. W tabeli 1.2 wymieniono podstawowe symbole wieloznaczne. Symbol wieloznaczny? oznacza dowolny pojedynczy znak, dlatego jeśli katalog zawiera pliki program.c, program.log i program.o, wówczas wyrażenie program.? będzie pasowało do program.c i program.o, ale już nie do program.log. 7 Każdy katalog zawiera również specjalny katalog. (jedna kropka), oznaczający po prostu ten katalog. Zatem polecenie cd. nie da tak naprawdę żadnego efektu. Katalogi. i.. są w istocie specjalnymi plikami ukrytymi obecnymi w każdym katalogu, które wskazują odpowiednio na sam katalog oraz katalog rodzica. Katalog główny jest jednocześnie swoim własnym rodzicem. 24 Rozdział 1. Podstawy powłoki bash
Tabela 1.2. Podstawowe symbole wieloznaczne Symbol wieloznaczny Oznacza? Dowolny pojedynczy znak. * Dowolny ciąg znaków. [zbiór] Dowolny znak w zbiorze. [!zbiór] Dowolny znak, który nie znajduje się w zbiorze. Znak gwiazdki (*) daje większe możliwości i dlatego jest używany znacznie częściej. Symbolizuje on dowolny ciąg znaków. Wyrażenie program.* będzie pasować do wszystkich trzech plików wspomnianych w poprzednim akapicie. Użytkownicy edytora tekstu mogą więc wykorzystać wyrażenie *.txt do odnalezienia plików wejściowych 8. Tabela 1.3 ilustruje działanie symbolu gwiazdki. Załóżmy, że w katalogu roboczym znajdują się pliki o nazwach robert, daniel, dawid, ed, franek i fred. Tabela 1.3. Stosowanie symbolu wieloznacznego Wyrażenie fr* *ed Pasuje do franek fred ed fred r* robert *e* *r* robert daniel ed franek fred robert franek fred * robert daniel dawid ed franek fred d*l g* g daniel Zauważmy, że symbol * pasuje również do znaku nieistniejącego: wyrażenia *ed i *e* pasują do nazwy pliku ed. Zwróćmy również uwagę na ostatni przykład, ilustrujący reakcję powłoki, gdy nie zostaną odnalezione żadne pasujące nazwy: zwracane jest wówczas podane wyrażenie w niezmienionej postaci. Ostatni symbol wieloznaczny to zbiór. Zbiór jest listą znaków (np. abc), zakresem (np. a z) albo połączeniem obu. Jeżeli częścią listy ma być myślnik, trzeba go wpisać jako pierwszy lub ostatni znak zbioru. Tabela 1.4 powinna rozjaśnić działanie tego symbolu wieloznacznego. Pozostając przy początkowym przykładzie stosowania symboli wieloznacznych wyrażenia program.[co] i program.[a-z] będą pasować do nazw plików program.c i program.o, ale już nie do program.log. 8 Użytkownicy systemów MS-DOS i VAX/VMS powinni zwrócić uwagę, że znak kropki (.) w nazwach plików Uniksa nie jest niczym specjalnym (nie licząc kropki występującej na początku, która powoduje ukrycie pliku) jest to po prostu jeden z dostępnych znaków. Na przykład polecenie ls * spowoduje wyświetlenie wszystkich plików znajdujących się w bieżącym katalogu, nie trzeba więc stosować zapisu *.*, jak w innych systemach. Tak naprawdę ls *.* nie wyświetli wszystkich plików, a jedynie te, których nazwa zawiera w środku co najmniej jeden znak kropki. Pliki 25
Tabela 1.4. Stosowanie symbolu wieloznacznego w postaci zbioru Wyrażenie Oznacza [abc] a, b lub c. [.,;] Kropka, przecinek lub średnik. [-_] [a-c] a, b lub c. [a-z] Myślnik lub podkreślenie. Wszystkie małe litery. [!0-9] Wszystkie znaki, które nie są cyframi. [0-9!] Wszystkie cyfry i znak wykrzyknika. [a-za-z] [a-za-z0-9_-] Wszystkie małe i wielkie litery. Wszystkie litery, wszystkie cyfry, podkreślenie i myślnik. Znak wykrzyknika znajdujący się za otwierającym nawiasem pozwala zanegować zbiór. Na przykład zapis [!.;] pasuje do każdego znaku oprócz kropki i średnika, a [!a-za-z] pasuje do wszystkich znaków, które nie są literami. Aby znaleźć dopasowanie do samego znaku!, należy umieścić go po pierwszym znaku zbioru albo poprzedzić lewym ukośnikiem, na przykład [\!]. Bardzo użytecznym rozwiązaniem są zakresy, lecz nie należy czynić zbyt daleko idących założeń w odniesieniu do znaków wchodzących w skład zakresu. Bezpiecznie jest używać zakresu wielkich liter, małych liter, cyfr oraz ich dowolnych podzakresów (na przykład [f-q], [2-6]). Nie należy natomiast używać zakresów dla znaków interpunkcyjnych albo liter o różnej wielkości. Na przykład nie można zakładać, że w zakresach [a-z] i [A-z] znajdują się wyłącznie litery i nic więcej. Problem polega na tym, że tego rodzaju zakresy nie są przenośne między różnymi typami komputerów 9. Proces dopasowywania wyrażeń zawierających symbole wieloznaczne to tak zwane rozwijanie symbolami wieloznacznymi albo rozwijanie i uogólnianie. Jest to tylko jeden z kilku kroków wykonywanych przez powłokę w trakcie odczytywania i przetwarzania wiersza poleceń. Kolejnym krokiem (wspomnianym wcześniej) jest rozwijanie znakiem tyldy, w którym tyldy są zastępowane nazwami katalogów domowych. Inne kroki poznamy w dalszych rozdziałach, a szczegółowy opis tego mechanizmu znalazł się w rozdziale 7. Należy jednak pamiętać, że wykonywane polecenia wykorzystują jedynie wyniki rozwijania symbolami wieloznacznymi. Innymi słowy, widzą one jedynie listę argumentów, natomiast nie ma dla nich znaczenia, w jaki sposób te argumenty powstały. Na przykład, jeśli zostanie wpisane polecenie ls fr* i będą istnieć pliki wymienione na poprzedniej stronie, wówczas powłoka rozwinie wiersz poleceń do postaci ls fred franek i wywoła polecenie ls z argumentami fred i franek. Jeśli wpisane zostanie polecenie ls g*, wówczas polecenie ls zostanie wykonane (ponieważ nie zostaną znalezione pliki o pasującej nazwie) z niezmienionym ciągiem znaków g* i zwróci komunikat o błędzie g*: Nie ma takiego pliku ani katalogu 10. 9 Mówiąc precyzyjnie, zakresy zależą od schematu kodowania znaków używanego przez komputer (zwykle jest to ASCII, lecz na przykład komputery mainframe firmy IBM używają schematu EBCDIC) oraz zestawu znaków wyznaczanego przez bieżące ustawienia regionalne (zakresy w językach innych niż angielski mogą powodować generowanie innych wyników). 10 Różni się to od działania symboli wieloznacznych w powłoce C, która od razu wyświetli komunikat o błędzie i w ogóle nie wykona polecenia. 26 Rozdział 1. Podstawy powłoki bash
Rozważmy przykład, który powinien rozjaśnić omawiane zagadnienie. Załóżmy, że jesteśmy programistami C. Oznacza to, że pracujemy na plikach, których nazwy kończą się znakami.c (są to programy, zwane również plikami źródłowymi),.h (pliki nagłówków programów) i.o (pliki kodu obiektowego, nieczytelne dla człowieka), a także mamy do czynienia z innymi plikami. Powiedzmy, że chcemy uzyskać listę wszystkich plików źródłowych, kodu obiektowego i nagłówków znajdujących się w katalogu roboczym. Służy do tego polecenie ls *.[cho]. Powłoka rozwinie symbol *.[cho] do nazw wszystkich plików, których nazwy kończą się znakiem kropki i literą c, h lub o, po czym przekaże tak ustaloną listę jako argumenty polecenia ls. Inaczej mówiąc, polecenie ls zostanie wykonane z nazwami plików tak, jakby wszystkie te nazwy zostały wpisane ręcznie jedna po drugiej. Zwróćmy uwagę, że w ogóle nie musieliśmy znać rzeczywistych nazw tych plików! Całą pracę wykonał za nas symbol wieloznaczny. Analizowany dotąd przykład z symbolami wieloznacznymi jest tak naprawdę jedynie częścią bardziej ogólnego zagadnienia pod tytułem rozwijanie ścieżek dostępu. Symbole wieloznaczne można stosować w katalogu roboczym, mogą one także stanowić część ścieżki dostępu. Na przykład, aby uzyskać listę wszystkich plików znajdujących się w katalogach /usr i /usr2, można wpisać polecenie ls /usr*. Jeśli będą nas interesować jedynie pliki z tych katalogów, których nazwa rozpoczyna się na literę b lub e, wówczas ich listę zwróci polecenie ls /usr*/[be]*. Rozwijanie nawiasami klamrowymi Zagadnieniem ściśle związanym z rozwijaniem ścieżek dostępu jest rozwijanie nawiasami klamrowymi. Symbole wieloznaczne w ścieżkach dostępu zostaną rozwinięte do nazw plików i katalogów, które istnieją, natomiast rozwijanie nawiasami klamrowymi prowadzi do utworzenia określonego ciągu znaków w konkretnej postaci, to znaczy zawierającego opcjonalny wstęp, następnie umieszczone w nawiasach klamrowych ciągi znaków oddzielone od siebie znakiem przecinka i opcjonalne zakończenie. Jeżeli na przykład zostanie wpisane polecenie echo b{ra,ere,ru}k, wówczas wyświetlone zostaną słowa brak, berek i bruk. Każdy ciąg znaków znajdujący się w nawiasach klamrowych jest łączony ze wstępem b oraz zakończeniem k. Co ważne, nie są to wcale nazwy plików wygenerowane w ten sposób ciągi znaków nie zależą od nazw istniejących plików. Nawiasy klamrowe można dodatkowo zagnieżdżać, jak na przykład w wyrażeniu b{ar{a,e},ru}k. Zostanie ono rozwinięte do słów barak, barek i bruk. Nieco inny rodzaj rozwijania nawiasami klamrowymi można zastosować w celu utworzenia sekwencji liter lub liczb. Jeżeli na przykład wpisane zostanie polecenie echo {2..5}, wyrażenie zostanie rozwinięte do ciągu 2 3 4 5. Z kolei polecenie echo {d..h} wygeneruje ciąg d e f g h 11. Rozwijanie nawiasami klamrowymi można stosować łącznie z rozwijaniem symbolami wieloznacznymi. W przykładzie z poprzedniego punktu, w którym była wyświetlana lista plików źródłowych, nagłówków i kodu obiektowego znajdujących się w katalogu roboczym, można było użyć polecenia ls *.{c,h,o} 12. 11 Taka postać rozwijania nawiasami klamrowymi nie jest dostępna w wersjach powłoki bash niższych niż 3.0. 12 Różni się to nieco od rozwijania nawiasami klamrowymi w powłoce C. Powłoka bash wymaga, aby w nawiasie obecny był co najmniej jeden znak przecinka, który nie będzie objęty cudzysłowami. W przeciwnym razie całe słowo pozostanie niezmienione, to znaczy wyrażenie b{a}rk po rozwinięciu nadal będzie miało postać b{a}rk. Pliki 27
Operacje wejścia-wyjścia Informatyka a tak naprawdę każda dziedzina nauki przeżywa największy rozkwit wówczas, gdy ktoś (nie instytucja) wpadnie na bardzo prosty pomysł, który będzie miał jednak rozległe skutki. Na krótkiej liście takich pomysłów niewątpliwie znalazłby się schemat operacji wejścia-wyjścia systemu Unix, a także klasyczne już wynalazki takie jak język LISP, relacyjny model danych i programowanie zorientowane obiektowo. Schemat wejścia-wyjścia systemu Unix opiera się na dwóch zaskakująco prostych pomysłach. Po pierwsze, plikowe wejście-wyjście w Uniksie ma postać sekwencji znaków o odpowiedniej długości (ilości bajtów). Schematy wejścia-wyjścia w starszych systemach są bardziej skomplikowane (mają na przykład postać bloków, rekordów, kart itp.). Po drugie, wszystkie elementy systemu, które generują lub przyjmują dane, są traktowane jak pliki. Dotyczy to również urządzeń sprzętowych, takich jak napędy dyskowe i terminale. W starszych systemach każde takie urządzenie jest traktowane odmiennie. Obydwa pomysły znacznie ułatwiły życie programistom systemowym. Standardowe operacje wejścia-wyjścia Konwencja stanowi, że każdy program Uniksa zawiera pojedynczy mechanizm przyjmowania danych wejściowych zwany standardowym wejściem, pojedynczy mechanizm generowania danych wyjściowych zwany standardowym wyjściem oraz pojedynczy mechanizm generowania komunikatów o błędzie zwany standardowym wyjściem błędów. Oczywiście każdy program może mieć także inne źródła danych wejściowych i wyjściowych, o czym przekonamy się w trakcie lektury rozdziału 7. Standardowe operacje wejścia-wyjścia stanowiły pierwszy tego rodzaju schemat zaprojektowany z myślą o użytkownikach interaktywnych, korzystających z terminali, czyli rozwiązania odmiennego od stylu wsadowego polegającego zwykle na używaniu kart perforowanych. Powłoka Uniksa zazwyczaj udostępnia interfejs użytkownika, dlatego w naturalny sposób standardowe operacje wejścia-wyjścia skonstruowano tak, aby pasowały do sposobu działania powłoki. Zasadniczo wszystkie powłoki wykonują operacje wejścia-wyjścia w taki sam sposób. Każdy wywoływany program ma trzy standardowe kanały wejścia-wyjścia skonfigurowane do pracy z terminalem lub stacją roboczą, a zatem standardowym wejściem jest klawiatura, a standardowym wyjściem oraz wyjściem błędów jest ekran lub okno. Na przykład narzędzie mail wyświetla wiadomości na standardowym wyjściu, a jeżeli zostanie użyte do wysyłania wiadomości do innych użytkowników, wówczas narzędzie pobierze dane wejściowe ze standardowego wejścia. Oznacza to, że otrzymane wiadomości przegląda się na ekranie, a nowe wiadomości wpisuje przy użyciu klawiatury. W razie potrzeby można przekierować wejście i wyjście tak, aby pochodziły z pliku albo były do niego wysyłane. Jeżeli na przykład trzeba wysłać zawartość istniejącego pliku w postaci wiadomości pocztowej, wówczas należy przekierować standardowe wejście programu mail w taki sposób, aby odczytywał on dane z tego pliku, a nie z klawiatury. Programy można również łączyć w tak zwane potoki, w których standardowe wyjście jednego programu stanowi jednocześnie bezpośrednie standardowe wejście dla innego programu. Na przykład wyjście programu mail można skierować jako wejście do programu lp, dzięki czemu wiadomości będą od razu drukowane, a nie wyświetlane na ekranie. 28 Rozdział 1. Podstawy powłoki bash
Dzięki temu rozwiązaniu narzędzi Uniksa można używać w roli elementów składowych większych programów. Wiele programów narzędziowych Uniksa tworzono właśnie z myślą o ich wykorzystaniu w taki sposób każde z nich wykonuje określoną operację przetwarzania tekstu wejściowego. Wprawdzie niniejsza książka nie jest podręcznikiem z dziedziny programów narzędziowych Uniksa, lecz mają one zasadnicze znaczenie dla efektywnego wykorzystywania powłoki. Najbardziej znane narzędzia przetwarzania potokowego wymieniono w tabeli 1.5. Tabela 1.5. Popularne narzędzia Uniksa przetwarzające dane Narzędzie cat grep sort cut sed tr Cel Kopiowanie wejścia do wyjścia. Wyszukiwanie ciągów znaków w danych wejściowych. Sortowanie wierszy danych wejściowych. Odczytywanie kolumn z danych wejściowych. Wykonywanie operacji edycyjnych na danych wejściowych. Zamienianie znaków znajdujących się w danych wejściowych na inne znaki. Czytelnicy, którzy już używali niektórych z wymienionych narzędzi, być może zauważyli, że ich argumentami są nazwy plików wejściowych, a dane wyjściowe są przesyłane do standardowego wyjścia. Nie wszyscy jednak wiedzą, że w razie pominięcia argumentu wszystkie te narzędzia (tak samo zresztą jak większość innych programów narzędziowych Uniksa) przyjmą dane wejściowe pochodzące ze standardowego wejścia 13. Na przykład podstawowym programem narzędziowym jest cat, który po prostu kopiuje dane wejściowe do wyjścia. Jeżeli zostanie wpisane polecenie cat z nazwą pliku jako argumentem, na ekranie zostanie wyświetlona zawartość tego pliku. Jeżeli natomiast polecenie zostanie wywołane bez argumentów, program wykorzysta standardowe wejście i skopiuje je do standardowego wyjścia. Zobaczmy, jak to działa: cat będzie czekać na wpisanie wiersza tekstu przez użytkownika; gdy naciśnięty zostanie klawisz RETURN, cat zwróci użytkownikowi wpisany tekst. Aby zatrzymać ten proces, na początku wiersza trzeba nacisnąć klawisze CTRL+D. Ich naciśnięcie spowoduje, że na ekranie pojawi się symbol ^D. Oto efekt działania programu cat: $ cat Oto wiersz tekstu. Oto wiersz tekstu. Oto kolejny wiersz tekstu. Oto kolejny wiersz tekstu. ^D $ Przekierowywanie wejścia-wyjścia Nazwa cat to skrót słowa catenate, oznaczającego łączenie. Argumentami tego polecenia może być jedna lub więcej nazw plików, które mają zostać skopiowane do standardowego wyjścia. Na razie jednak załóżmy, że cat i inne programy narzędziowe nie akceptują argumentów w postaci nazw plików, a jedynie standardowe wejście. Jak już wcześniej wspomniano, 13 Jeżeli w przypadku pominięcia nazwy pliku jako argumentu któreś z narzędzi Uniksa nie zaakceptuje standardowego wejścia, można spróbować zastosować jako argument znak myślnika (-). W niektórych systemach Unix standardowe wejście ma postać pliku, zatem można spróbować wskazać plik /dev/stdin jako argument oznaczający plik wejściowy. Operacje wejścia-wyjścia 29
powłoka umożliwia przekierowywanie standardowego wejścia tak, aby pochodziło z pliku. Służy do tego zapis polecenie < nazwa_pliku dzięki niemu polecenie pobierze standardowe wejście z pliku, a nie z terminala. Jeżeli na przykład istnieje plik o nazwie plik, który zawiera jakiś tekst, wówczas polecenie cat < plik wyświetli zawartość tego pliku na terminalu. Z kolei polecenie sort < plik posortuje wiersze znajdujące się w tym pliku i wyświetli wyniki sortowania na terminalu (pamiętajmy jednak: cały czas zakładamy, że programy narzędziowe nie akceptują nazw plików jako argumentów). Analogicznie polecenie > nazwa_pliku spowoduje, że standardowe wyjście polecenia zostanie przekierowane do pliku o wskazanej nazwie. Klasycznym przykładem jest polecenie date > teraz: polecenie date wyświetli na standardowym wyjściu bieżącą datę i godzinę. Wspomniane polecenie spowoduje zapisanie ich w pliku o nazwie teraz. Przekierowywanie wejścia i wyjścia można łączyć. Na przykład polecenie cp standardowo służy do kopiowania plików, jeśli jednak z jakiegoś powodu polecenie to nie istnieje lub uległo uszkodzeniu, można w jego miejsce zastosować polecenie cat. Robi się to następująco: $ cat < plik1 > plik2 Wynik tego polecenia będzie podobny do wyniku polecenia cp plik1 plik2. Potoki Istnieje również możliwość przekierowywania wyjścia polecenia do standardowego wejścia innego polecenia zamiast do pliku. Służy do tego konstrukcja zwana potok (pipe), oznaczana znakiem. Wiersz polecenia zawierający dwa lub więcej poleceń połączonych znakiem jest nazywany przetwarzaniem potokowym. Potoku często używa się z poleceniem more, które działa podobnie jak polecenie cat, z tą różnicą, że dane wynikowe są wyświetlane ekran po ekranie, a wyświetlanie kolejnych ekranów jest wstrzymywane do czasu naciśnięcia przez użytkownika klawisza spacji (następny ekran), klawisza RETURN (następny wiersz) lub wpisania innych poleceń. Jeżeli bieżący katalog zawiera znaczną liczbę plików i trzeba uzyskać szczegółowe informacje na ich temat, polecenie ls -l more spowoduje wyświetlenie pożądanych informacji w podziale na ekrany. Potoki mogą przybierać bardzo złożoną postać, mogą być również łączone z przekierowywaniem wejścia-wyjścia. Aby wyświetlić posortowaną zawartość pliku plik w podziale na kolejne ekrany, należy wpisać polecenie sort < plik more. Natomiast aby wydrukować tę zawartość zamiast prezentować ją na ekranie, należy wpisać sort < plik lp. Spójrzmy na bardziej skomplikowany przykład. W pliku /etc/passwd przechowywane są informacje na temat kont użytkowników systemu Unix. Każdy wiersz tego pliku zawiera nazwę użytkownika, jego numer identyfikacyjny, zaszyfrowane hasło, katalog domowy, powłokę logowania i inne dane. Pierwsze pole każdego wiersza to nazwa użytkownika, a poszczególne pola są oddzielane znakiem dwukropka (:). Przykładowy wiersz może mieć następującą postać: cam:lm1c7ghnesd4ghf3iehrh4ffeckb/:501:100:cameron Newham:/home/cam:/bin/bash Aby uzyskać posortowaną listę wszystkich użytkowników systemu, należy wpisać polecenie: $ cut -d: -f1 < /etc/passwd sort 30 Rozdział 1. Podstawy powłoki bash